2019年版自宅録画サーバーのQSV最適化

以前、QSVの設定を最適化しようとして、以下の3種のモードを比較した。

(1)固定ビットレートモード(CBR)
(2)可変ビットレートモード(VBR)
(3)固定量子化モード(CQP)

その結果、固定ビットレートモードの4Mbpsが無難という結論だった。

しかし、固定量子化モードについては、10ファイル程度のサンプリングでは不十分という認識があった。

固定量子化モード調査の設定条件

今回は、固定量子化モードを徹底的に調べようと思い、以下の条件で調査を行った。

(1)データ収集 1チャンネル1週間の番組をすべて録画し、固定量子化モードでトランスコードする。
(2019年11月1~7日)

(2)チャンネル NHK、テレビ朝日、BSプレミアムの3チャンネル

(3)QSVの固定量子化モードのパラメータ設定

EPGstationのconfigを以下のように設定。
config.jsonの”encode”の項

"encode": [

{
"name": "qsv4m",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv4m.sh",
"suffix": "-4m.mp4",
"default": true
},
{
"name": "qsv23",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv23.sh",
"suffix": "-q23.mp4"
},
{
"name": "qsv24",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv24.sh",
"suffix": "-q24.mp4"
}

enc-qsv4m.sh

#!/bin/bash
# epgstation-qsv
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl:

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -b:v 4M -maxrate 8M  -acodec aac  -loglevel error "$OUTPUT"

enc-qsv23.sh

#!/bin/bash
# epgstation-qsv
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl:

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -q 23 -acodec aac -loglevel error "$OUTPUT"

enc-qsv24.sh

#!/bin/bash 
# epgstation-qsv 
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64 
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD 
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk 
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl: 

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -q 24 -acodec aac -loglevel error "$OUTPUT"

 

固定量子化モード調査の結果

固定量子化モードのパラメータを「-q 24」に設定した時の結果を以下に示す。

NHK

NHKの番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

縦軸に番組の個数、横軸に圧縮したmp4のビットレート。

項目名
データ数388
平均5.183Mbps
標準偏差2.255Mbps

テレビ朝日

テレビ朝日の番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

項目名
データ数211
平均5.575Mbps
標準偏差1.857Mbps

NHKBSプレミアム

BSプレミアムの番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

項目名
データ数291
平均7.685Mbps
標準偏差4.629Mbps

結果の分析

やはり固定量子化モードでは、番組によって大きくビットレートが変動する。

放送データは、地上波デジタルやBSデジタルは1440×1080の16Mbps、NHKBSプレミアムだけは1920×1080の20Mbps。

トランスコードした結果は、以下のとおり。

NHK、テレビ朝日:範囲2M~14Mbps、平均5Mbps程度

NHKBSプレミアム:範囲2M~20Mbps、平均7.7Mbps

パラメータをq=23とq=24でまとめた結果は、以下の通り。

項目名平均ビットレート
q=23
平均ビットレート
q=24
標準偏差
q=23
標準偏差
q=24
NHK5.775.182.462.25
テレビ朝日6.315.572.181.85
NHKBSプレミアム8.617.684.974.62

q=23は、q=24より平均ビットレートが0.5Mbps以上高くなってしまうので、q=24かq=25くらいが使うにはいいと思える。

ただし、q=24であっても、まったく圧縮できない16Mbpsや20Mbpsの番組がある。
圧縮が効く、圧縮が効かない番組について、コンテンツのジャンルによる違いを調査した。

コンテンツのジャンルによるビットレートの違い

(1)ドラマ

ドラマは圧縮が効くコンテンツである。例えば、NHKの連続テレビ小説「スカーレット」の場合、日によって変動はあるものの、地上波で1.5~2.5Mbpsに収まっている。

以下が、各局で1週間のうち最高ビットレートのドラマである。

NHK     連続テレビ小説 ゲゲゲの女房(92)「来るべき時が来た」  3.5Mbps
テレビ朝日  科捜研の女9 #5[字][再]                 4.5Mbps
BSプレミアム 大河ドラマアンコール 葵 徳川三代(31)「忠輝勘当」[字]  4.1Mbps

(2)アニメ

アニメも圧縮が効くコンテンツである。

以下が、各局で1週間のうち最高ビットレートのアニメである。

NHK     ヴィンランド・サガ(17)「仕えし者」           5.9Mbps
テレビ朝日  ドラえもん 【落とし物つりぼり】【強いペットがほしい】 3.3Mbps
BSプレミアム おしりかじり虫4(10)「ウソでしょ!?さよならかじり屋」  4.3Mbps

(3)映画

映画もある程度圧縮が効くコンテンツである。

NHK、テレビ朝日は、ほとんど映画を放送していない。
以下が、BSプレミアムの最高ビットレートの映画である。

BSプレミアム シネマ「ロミオとジュリエット」  7.2Mbps

(4)ニュース

ニュースは、スタジオと外の映像が混合しているため、中間のビットレートになる。

例えば、以下のとおりである。

NHKニュース7  6.2~6.5Mbps
報道ステーション 5.6~6.7Mbps

(5)スポーツ中継

スポーツ中継は、動きもあるため、全体に高めである。

例えば、以下のような例がある。

Jリーグ「大分トリニータ」対「FC東京」        9.6Mbps
世界野球プレミア12 開幕戦 日本×ベネズエラ      7.9Mbps
秩父宮賜杯第51回全日本大学駅伝対校選手権大会[字]  12.4Mbps

(6)圧縮の効かない番組

圧縮に向いていない番組は、特定の番組である。

NHK     日本夜景めぐり、美しき日本の山々、美しき世界の山々
テレビ朝日  ぽつんと一軒家、朝だ!生です旅サラダ、じゅん散歩
BSプレミアム グレートトラバース、にっぽん縦断 こころ旅、
ふらっとあの街 旅ラン10キロ、世界ふれあい街歩き

まとめ

調査結果から、おおよそ固定量子化モードの挙動が見えてきた。

(1)番組によって、圧縮率(ビットレート)が大きく異る。
(2)圧縮できない番組は、アウトドアを映し、動きが大きい。
(3)圧縮できる番組は、インドアを映し、動きが少ない。

以上の結果を踏まえれば、固定量子化モードをうまく使って、画質をある程度保ちながら、番組を適度に圧縮することが可能である。

現在考えている方法は、以下のとおりである。
(1)ドラマ、アニメ、映画は、固定量子化モードのq=24で圧縮する。
(2)ニュースやバラエティは、固定ビットレートの4Mbpsで圧縮する。
(3)スポーツやドキュメンタリーは、固定ビットレートで6Mbps程度、あるいは可変ビットレートで上限8Mbpas程度にする。

2019年11月19日 | Posted in 電脳:録画サーバー | タグ: No Comments » 

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